CN110469539B - 叶轮、离心泵及空调 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶轮、离心泵及空调，叶轮包括设置在轮毂上的至少两个对称的平衡孔，平衡孔的出口朝向与叶轮进口的流体流向一致。本发明提供的叶轮改变了平衡孔出口的朝向方向，使得平衡孔出口的朝向与叶轮进口流体的流向方向保持一致。使得从平衡孔流出的流体与叶轮进口的流体之间的冲击大大减小，极大地减小了从平衡孔流出的流体对叶轮进口流体的扰动、很好地保持了叶轮进口主流的形态、优化了叶轮的进流结构、降低了振动噪声、提高了效率、避免了空化现象，符合人性化和工业化设计。

Description

叶轮、离心泵及空调

技术领域

本发明属于水泵技术领域，更具体地说，是涉及一种叶轮、离心泵及空调。

背景技术

通常用于循环水系统、市政供水、生产工艺的离心式单级水泵，其扬程通常在20～50m范围内，换算成压力，即水泵的出口压力减去进口压力的压差达到200～500kPa。此压力差完全是由水泵的叶轮对其中的水做功产生，在叶轮对水持续做功的过程中，叶轮一直处于高压差的环境中。其中叶轮进口处近似为水泵进口压力，叶轮出口及前后轮盖处近似为水泵出口压力。如此大的压力差作用在叶轮上，形成巨大的轴向力，再通过转轴传递到轴承上。若不做任何优化设计，则轴承需要承担巨大的、且随工况变化而大幅变化的轴向力，这对轴承的设计及可靠运行是十分不利的。

在常见叶轮设计中，为了降低过大的轴向力，会在叶轮后盖板设置密封口环（叶轮后密封），通过密封间隙，将叶轮后腔分隔为两个相对独立的区域。同时，在叶轮后盖板设置沿圆周均匀分布的数个圆孔（称为平衡孔）将叶轮后腔与叶轮进口连通。叶轮做功产生的高压水在压差作用下，通过叶轮后密封间隙进入叶轮后腔，继而通过平衡孔回流进入叶轮进口区域，与叶轮进口水流汇合。此时，叶轮后腔的压力处于叶轮出口压力与叶轮进口压力之间。通过这种设置，可有效降低叶轮后盖密封腔的压力，从而减小水泵的轴向力。常规的平衡孔位置设置是将平衡孔位于叶轮叶片进口之前或叶片进口附近，为加工便利，平衡孔的轴线平行于叶轮轴线。

目前的平衡孔会造成以下问题：从平衡孔进入叶轮进口的水流，流向与叶轮进口的主流相反，扰乱了主流的形态，水泵进水结构恶化，恶劣的进水结构进而造成运行不稳定、振动噪声加剧、水泵效率下降、容易出现空化现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶轮、离心泵及空调，以解决现有技术中存在的从平衡孔流出的水流扰乱主流的形态的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种叶轮，包括设置在轮毂上的至少两个对称的平衡孔，所述平衡孔的出口朝向与所述叶轮进口的流体流向一致。

进一步地，所述平衡孔开设在所述叶轮的轮轴处。

进一步地，所述平衡孔包括进入孔段以及连通所述叶轮的进口的排出孔段，所述进入孔段为直通孔且与所述轮轴的轴线平行。

进一步地，所述平衡孔还包括连通所述进入孔段和所述排出孔段的过渡孔段。

进一步地，同一系的所述进入孔段、所述排出孔段以及所述过渡孔段的轴线在同一平面且所述过渡孔段呈弧状。

进一步地，同一系的所述进入孔段和所述排出孔段相互垂直。

进一步地，所述过渡孔段呈圆环形且连通各相互中心对称的进入孔段和排出孔段。

进一步地，所述进入孔段和/或所述排出孔段的截面为圆形或方形。

本发明的另一目的在于提供一种离心泵，包括壳体和后盖形成的蜗壳，以及安装在蜗壳内的叶轮，所述叶轮上的平衡孔的出口朝向与所述叶轮进口的流体流向之间的夹角为锐角。

本发明的另一目的在于提供一种空调，所述空调上述离心泵。

本发明提供的叶轮的有益效果在于：与现有技术相比，本发明改变了平衡孔出口的朝向方向，使得平衡孔出口的朝向与叶轮进口流体的流向方向保持一致。使得从平衡孔流出的流体与叶轮进口的流体之间的冲击大大减小，极大地减小了从平衡孔流出的流体对叶轮进口流体的扰动、很好地保持了叶轮进口主流的形态、优化了叶轮的进流结构、降低了振动噪声、提高了效率、避免了空化现象，符合人性化和工业化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的叶轮的结构示意图一，部分结构未示出；

图2为本发明实施例提供的叶轮的结构示意图二，部分结构未示出；

图3为现有技术的离心泵的剖视结构示意图，部分结构未示出；

图4为本发明实施例提供的叶轮的剖视结构示意图，部分结构未示出；

图5为本发明实施例提供的叶轮的主视结构示意图，部分结构未示出；

图6为本发明实施例提供的离心泵的剖视结构示意图，部分结构未示出。

其中，图中各附图主要标记：

1、叶轮；11、轮毂；111、第二凸环；12、轮轴；13、轮盖；131、第一凸环；14、叶片；

2、平衡孔；21、进入孔段；22、过渡孔段；23、排出孔段；

3、蜗壳；31、壳体；311、台阶；32、后盖；321、第三凸环；

4、空腔；5、后腔；6、泵轴；7、键槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图4，现对本发明实施例提供的叶轮1进行说明。所述叶轮1，包括平衡孔2，平衡孔2开设在叶轮1的轮毂11上，叶轮1开设有至少两个且中心对称。其中，平衡孔2的出口朝向叶轮1的进口，而且，叶轮1的出口朝向与叶轮1进口的流体流向一致。具体为，叶轮1进口的流体在平衡孔2出口处的流向切线和平衡孔2的出后朝向之间的夹角为锐角。由于叶轮1进口的流体流向处处不同，除进入叶轮1进口流向未改变的流体外，流向改变后的流体流向均与平衡孔2的朝向之间的夹角为锐角。

本发明提供的叶轮1，与现有技术相比，改变了平衡孔2出口的朝向方向，使得平衡孔2出口的朝向与叶轮1进口流体的流向方向保持一致。使得从平衡孔2流出的流体与叶轮1进口的流体之间的冲击大大减小，极大地减小了从平衡孔2流出的流体对叶轮1进口流体的扰动、很好地保持了叶轮1进口主流的形态、优化了叶轮1的进流结构、降低了振动噪声、提高了效率、避免了空化现象，符合人性化和工业化设计。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，将平衡孔2开设在叶轮1的轮轴12处。之前的叶轮1多将平衡孔2开设在靠近叶片14的位置，这样就造成在加工平衡孔2时有造成加工刀具损伤叶片14的可能，若因加工平衡孔2而造成叶片14的损伤，进而导致叶轮1报废，则会造成更大的损失。因此，将平衡孔2开设在轮轴12处，一方面，可以避免在加工过程中造成加工刀具对叶片14损伤的可能；另一方面，还可以根据实际情况和需求，选择加工平衡孔2的深度、长度形状、截面形状以及截面大小。为平衡孔2的加工提供了更多的选择，更加符合人性化和工业化设计。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，将平衡孔2加工成连通的两段，分别为进入孔段21和排出孔段23。其中，只需保障加工的排出孔段23的出口朝向与前文的保持一致即可，对于进入孔段21，考虑到加工的方便性和实效性，可以将进入孔段21加工成直通孔，进入孔段21和轮轴12的轴向保持平行。至于进入孔段21和排出孔段23的连接过渡处，可以根据实际情况和需要选择加工的类型，例如弧状、折弯状、螺旋状等。在此不再一一赘述。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，平衡孔2还包括过渡孔段22，其中，过渡孔段22用于连通进入孔段21和排出孔段23。此处考虑到流体在平衡孔2内的流速、流向等多方面的情况，例如，流体流入进入孔段21时的流速较快，为了使得流体在平衡孔2内的流速更慢，可以将过渡孔段22加工成螺旋状，使得流体在过渡孔段22的流动时间更长。以减慢流体从排出孔段23流出时的速度，更容易校正流体从排出孔段23出口的方向。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，将同一系的进入孔段21、排出孔段23以及过渡孔段22的轴线加工在同一平面上，这样可以减少流体在平衡孔2内的流动距离和流动的时间。当然，若希望流体在平衡孔2内的流动距离和时间更长，则可以将进入孔段21、排出孔段23以及过渡孔段22的轴线加工成异面的情况。或者将过渡孔段22加工成弧状、弯折状，过渡孔段22的加工形状很多，理论上是有无数种存在，在此不再一一赘述。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，将同一系的进入孔段21和排出孔段23加工成相互垂直的情况，这样方便对进入孔段21和排出孔段23的加工，有助于提高加工的效率、降低了加工的难度、节省了加工的时间。当然，还可根据实际情况和需求，选择进入孔段21和排出孔段23之间的位置关系，只要能够达到使用的目的和效果即可，在此不再一一赘述。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，将过渡孔段22加工成圆环形，且过渡孔段22的轴线与轮轴12的轴线保持一致，过渡孔段22连通各个进入孔段21和排出孔段23。流体从进入孔段21流入过渡孔段22后，在过渡孔段22形成环状的流向，在进入各个排出孔段23之前，流体的流速更加均匀、接近，使得流体在各个排出孔段23排出后的流速更加接近，流体在各个排出孔段23排出的方向中心对称，使得流体进一步减小了对平衡孔2以及叶轮1平衡性的影响，使得叶轮1进口的流体与各个平衡孔2流出的流体之间的冲击更加均衡。

进一步地，请一并参阅图3至图6，作为本发明提供的叶轮1的一种具体实施方式，进入孔段21、排出孔段23、过渡孔段22的截面形状包括并不仅限于圆形、方形、椭圆形，只要能实现上述目的即可。而且进入孔段21、排出孔段23、过渡孔段22的截面形状也是从上述形状中任意选择的。另外，进入孔段21、排出孔段23的数量也是根据实际情况和需求来选择设计的，例如进入孔段21的数量为两个，排出孔段23的数量为四个。在此不再一一赘述。

请参阅6，本发明还提供一种离心泵，所述离心泵包括壳体31和后盖32，壳体31和后盖32形成用于安装叶轮1的蜗壳3，所述离心泵还包括上述叶轮1，即叶轮1的平衡孔2的出口朝向与叶轮1进口的流体流向之间的夹角为锐角。

进一步地，请一并参阅图3至图6，壳体31和叶轮1间隙配合，叶轮1和壳体31形成的空腔4连通叶轮1的出口；后盖32和叶轮1同样是间隙配合，叶轮1和后盖32之间形成后腔5，平衡孔2连通后腔5和叶轮1的进口。

进一步地，请一并参阅图3至图6，叶轮1还包括轮盖13，其中，轮盖13向外凸设有第一凸环131，第一凸环131的内圈形成叶轮1的进口，壳体31开设有环状的台阶311，第一凸环131的端面抵接在台阶311上，第一凸环131的外壁和台阶311侧面间隙配合，以防叶轮1在转动的过程中轮盖13与壳体31发生较大的摩擦。

进一步地，请一并参阅图3至图6，轮毂11向外凸设有第二凸环111，后盖32上凸设有第三凸环321，第三凸环321套设在第二凸环111上且和第二凸环111之间形成间隙配合。第二凸环111和第三凸环321之间的间隙连通后腔5和前文提到的空腔4。当然，在其他实施例中，还可将第二凸环111套设在第三凸环321上。

进一步地，请一并参阅图3至图6，离心泵还包括泵轴6，泵轴6和轮轴12为平键连接，泵轴6上设置有平键，轮轴12上开设有用于平键插接的键槽7。采用平键连接是为了泵轴6和轮轴12有之间有更多的空间可以用来开设平衡孔2。当然，在其他实施例中，还可根据实际情况和需求选择泵轴6和轮轴12之间的连接关系，例如花键连接等。在此不再一一赘述。

进一步地，请一并参阅图3至图6，键槽7的数量为两个且两键槽7的中心线在同一平面上，上述开设的平衡孔2关于两键槽7中心线形成的面对称设置。如此设置是为了让平键的连接减小对平衡孔2和叶轮1平衡性的影响，从而使得流体对叶轮1的冲击更加均匀。

本发明还提供一种空调，所述空调包括上述离心泵。

具体的，参阅图3，现有技术的离心泵包括叶轮1和蜗壳3。低压水流从叶轮1进口沿轴向方向进入，经过叶轮1旋转做功，压力提升，然后汇入蜗壳3。叶轮1进口为低压区，叶轮1出口、轮盖13以及轮毂11的两侧为高压区。叶轮1高压、低压之间的密封为间隙密封，即前文提到的第一凸环131和台阶311侧面的间隙密封以及第二凸环111和第三凸环321之间的间隙密封。其中第二凸环111和第三凸环321隔离出一个相对封闭的腔体，即叶轮1的后腔5。后腔5与叶轮1进口，通过平衡孔2连通。由于存在压力差，会有部分泄露的流体从叶轮1出口高压区通过第二凸环111和第三凸环321的间隙密封进入后腔5，然后通过平衡孔2回到叶轮1进口。在离心泵运行过程中，此流体泄露持续存在。图中的平衡孔2即常规离心泵所设置的平衡孔2结构，由数个（一般三个以上）沿圆周均匀分布的小圆孔组成，通过机加工从叶轮1背面向叶轮1进口方向钻孔的方式得到。如图所示，通过平衡孔2泄露的流体流向与叶轮1进口流体流向相反，更确切的说，平衡孔2泄漏的流体流向与叶轮1进口流体的流向之间的夹角为钝角。

具体的，请参阅图4及图5，本发明中叶轮1的新型平衡孔2结构，由进入孔段21、过渡孔段22以及排出孔段23三个部分组成。进入孔段21为直通孔，截面形状可以为方形、圆形等任意便于加工的形状，在示例中为方形。进入孔段21平行于轴线，连通叶轮1的两面。平衡孔2的数量无具体限制，一般来说，两个即可满足需求。设计控制目标是最小过流截面的面积大小（每个平衡孔2最小过流截面大小×平衡孔2数量）。其过流截面面积的大小计算方式与常规平衡孔2一致。过渡孔段22为环形孔，目的是将进入孔段21流过来的流体进行圆周方向的均布。通过进入孔段21的流体进入过渡孔段22的环形空间，混合并改变流体方向。经混合后的流体通过排出孔段23进入叶轮1主流区，与叶轮1进口流体混合。排出孔段23的截面形状亦无特定限制，目的是连通过渡孔段22与叶轮1的进口，以加工便利为准。排出孔段23方向垂直于叶轮1的轴心，数量无特定限制（大于等于二均可，最佳选择是排出孔段23的数量等于叶轮1叶片14数量），根据结构设计而定，需注意的是，多个排出孔段23之间需沿圆周方向均布。

具体的，请参阅图6,采用新型平衡孔2结构，泄露的流体流动的路径。泄露的流体由进入孔段21流入过渡孔段22，然后由排出孔段23流入叶轮1的进口，与叶轮1进口的流体混合。泄漏流体进入叶轮1的进口区域的方向为垂直于轮轴12，与叶轮1进口的流体方向的夹角小于90°，对叶轮1进口的流体的扰动影响较小。同时泄露的流体经过过渡孔段22、排出孔段23，流速下降，进一步减小了对叶轮1进口流体的影响。

本发明主要是针对平衡孔2结构的优化，目的是减小泄露的流体对离心泵主流流动的影响，同时还能避免加工失误伤及叶片14。

具体的，叶轮1平衡孔2结构由三部分组成，进入孔段21、过渡孔段22和排出孔段23。进入孔段21的功能是将泄露的流体从后腔5导至过渡孔段22，泄露的流体在过渡孔段22中混合、减速并转向。最后再通过排出孔段23进入叶轮1主流区与叶轮1进口的流体混合。通过此叶轮1的平衡孔2结构，泄露流体流动方向近似于叶轮1进口的流体流动方向，且流速下降，对叶轮1进口的流体的扰动影响大幅下降。

该种平衡孔2的结构可通过简单的机加工的方式实现，同时对加工精度的要求不高，若采用精密铸造，亦可直接铸造到位，免去加工工序。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种叶轮，包括开设在轮毂上的至少两个对称的平衡孔，所述平衡孔开设在所述叶轮的轮轴处，其特征在于：所述平衡孔的出口朝向与所述叶轮进口的流体流向之间的夹角为锐角；所述平衡孔包括进入孔段以及连通所述叶轮的进口的排出孔段，所述进入孔段为直通孔且与所述轮轴的轴线平行；所述平衡孔还包括连通所述进入孔段和所述排出孔段的过渡孔段；

所述过渡孔段呈圆环形且连通各相互中心对称的进入孔段和排出孔段，且所述过渡孔段的轴线与轮轴的轴线保持一致，所述过渡孔段连通各个进入孔段和排出孔段，流体从所述进入孔段流入所述过渡孔段后，在所述过渡孔段形成环状的流向，流体在各个所述排出孔段排出的方向中心对称。

2.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于：同一系的所述进入孔段和所述排出孔段相互垂直。

3.如权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述进入孔段和/或所述排出孔段的截面为圆形或方形。

4.一种离心泵，包括壳体和后盖形成的蜗壳，以及安装在蜗壳内的权利要求1-3中任一项所述的叶轮，其特征在于：所述叶轮上的平衡孔的出口朝向与所述叶轮进口的流体流向之间的夹角为锐角。

5.一种空调，其特征在于：包括权利要求4所述的离心泵。

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